## LATENCY KAMERA PADA PENGOLAHAN CITRA DIGITAL REAL-TIME
Puji Hartono 1 , Trismiyati 2
1 Pranata Komputer Balai Besar Logam Mesin, 2 Peneliti Balai Besar Logam Mesin Jl Sangkuriang 12, Bandung - 40135 Email: puji_bandung@yahoo.com, trismiyati@kemenperin.go.id

## ABSTRAK
Latency pada  aplikasi real-time menjadi  faktor  yang  sangat  penting  karena  hasil  akhir  tidak  hanya ditentukan  oleh  nilai  keluarannya  saja,  tetapi  juga  waktunya.  Pada  pengolahan  citra  digital  waktu nyata, faktor penyumbang latency yang signifikan adalah pada kamera. Hasil pengujian menunjukkan bahwa  kamera  tipe webcam mempunyai latency yang  lebih  kecil  daripada  kamera  tipe IP  Camera karena pada IP camera , data dikirimkan melalui media jaringan. Pada pengujian 2 buah seri webcam didapatkan latency <  200  ms,  sedangkan  pada  2  buah  seri IP  camera didapatkan latency >  300  ms. Nilai latency juga dipengaruhi oleh jumlah fps yang digunakan, semakin tinggi nilai fps maka latency juga semakin besar. Nilai latency pada  kamera akan  menjadi pertimbangan pada perancangan sistem yang  lebih  besar  sehingga  faktor latency dapat  diantisipasi  dan  sistem  yang  dibangun  tetap  dapat berfungsi dengan benar.
Kata Kunci : Latency , kamera, pengolahan citra digital, real-time

## ABSTRACT
Latency  in  realtime  applications  becomes  a  very  important  factor  because  the  end  result is  not  only determined by the value of the output,but also by the  timing. In realtime digital image processing, a significant  contributing  factor to  latency  is  on  the  camera.  The  test  results  showed  that  the  webcam has a shorter latency than IP camera because the camera IP, data is transmitted over the network. In test of 2 pieces  series webcam, measured latency was <200 ms, whereas in 2 pieces series IP camera measured  latencies  was  >  300  ms. Latency  also  depends  on  the  amount  of  fps,  the  higher  fps,the longer  latency . Latency  on  the  camera  will  be  a  consideration  in  the  design  of  systems  so  that  the latency factor can be anticipated and the system can still work properly.
Keyword: Latency, camera, digital image processing, real-time.

## PENDAHULUAN
Jenis  kamera  yang  banyak  di  pasaran adalah webcam dan IP  camera .  Kedua  jenis kamera ini mempunyai kelebihan dan kekurangan  masing-masing,  tetapi  keduanya sama mudah  dipasang  ke perangkat komputasi melalui USB dan ethernet.
Pada  aplikasi  pengolahan  citra  digital real-time , kamera yang handal diperlukan agar hasil  pembacaan  objek  oleh  kamera  dapat sampai  ke  perangkat  komputasi  dengan delay sekecil  mungkin  dan  dengan  distorsi  citra sekecil  mungkin.  Ada  beberapa  parameter yang  memengaruhi  kinerja  sebuah  kamera, seperti: fps ( frame  per  second) ,  resolusi, latency dan shutter speed
Penentuan  jenis  kamera  yang  sesuai menjadi  faktor  yang  sangat  penting  sehingga sistem  pengolahan  citra  digital real-time yang dibangun  dapat  bekerja  dengan  baik  sesuai spesifikasi yang ditentukan.

## LANDASAN TEORI Latency
Latency pada  kamera  adalah  waktu  yang dibutuhkan  mulai  dari  pembacaan  objek  oleh kamera  sampai  objek  tampil  di  pengamatan pada  unit  komputasi. Latency pada  aplikasi pengolahan  citra  digital  terdiri  atas  beberapa sumber,  yakni latency yang  berasal  dari: kamera, encoder ,  jaringan, decoder dan display.

## Pengambilan Citra
Kamera  dapat  menghasilkan  citra  objek menggunakan  sensor.  Gambar  1  menunjukkan sensor  pencitraan  tunggal.  Energi  yang  masuk diubah  menjadi  gelombang  tegangan  oleh kombinasi  masukan  daya  listrik  dan  material sensor  yang  responsif  terhadap  tipe  energi tertentu yang terdeteksi. 1 Sensor menghasilkan tegangan  yang berbeda dari penyerapan energi yang  berbeda  ketika  sensor  membaca  objek. Tegangan  ini  yang  pada  akhirnya  akan diinterpretasikan menjadi sebuah citra digital.
Gambar 1.  Sensor Pencitraan Tunggal 1

## Line Scan vs Area Scan
Sensor  kamera ada 2 jenis, line scan dan area scan .  Pada line  scan ,  citra  objek  diambil pergaris,  kemudian  disusun  untuk  menjadi sebuah citra 2 dimensi (Gambar 2a).
Gambar 2(a). Line scan camera (elm-cham.org)
Gambar 2(b). Line scan camera ((elm-cham.org)
Pada area  scan  camera ,  citra  objek  diambil sekaligus  dalam  bentuk  2  dimensi  (Gambar 2b). Webcam Webcam adalah  kamera  video  yang  didesain untuk terhubung langsung dengan PC. Kamera bisa  digunakan  untuk  merekam  klip  video yang  bisa  dikirim  melalui e-mail atau  untuk mentransmisikan  gambar  secara  langsung melalui internet  untuk keperluan video
conferencing .  Koneksi webcam ke  komputer umumnya menggunakan antarmuka USB.

## IP Camera
IP  Camera atau Network  Camera merupakan kamera  yang  disertai  dengan  kemampuan akses  melalui  jaringan.  Saat  ini, IP  camera berkembang  pesat  dengan  berbagai  variasi resolusi  dari  VGA  sampai  dengan high definition .  Koneksi IP  camera ke  komputer dengan  menggunakan antarmuka RJ45 dengan kabel  UTP. IP  camera banyak  digunakan sebagai  kamera  pengawasan  seperti  CCTV (Closed-circuit television), hanya saja pengguananya  lebih  luas  karena  adanya  fitur dapat diakses melalui jaringan.
Gambar  3  menunjukkan  contoh  jenis  kamera tipe  webcam  dan  Gambar  4  menunjukkan contoh IP camera.
(a) Webcam Logitech C170 (b) Webcam Logitech C920 (c) IP Camera Zestron ZIP300 (d) IP Camera Avtech AVM284D Gambar 3. Beberapa jenis kamera: webcam dan IP camera

## Pengolahan Citra Digital
Skema perangkat keras untuk pengolahan citra beserta  aliran  datanya  digambarkan  sebagai berikut
Gambar  5. Skema perangkat keras pengolahan citra beserta aliran datanya 2

## Frame per Second
Frame  per  second menunjukkan  banyaknya jumlah  bingkai  citra  yang  dihasilkan  dalam tiap detik.
Adapun  dari  segi  komputasi,  secara  umum, semakin  tinggi  nilai fps pada  sebuah  kamera, maka  dibutuhkan  CPU  yang  lebih  tinggi  pula guna  memproses  citra  agar  tidak  ada  bingkai citra yang terlewatkan.
Kamera  perekam  pada  umumnya  mempunyai rentang frame  persecond antara  20  sampai dengan  30.  Pada  kamera  untuk  kebutuhan khusus,  misalkan  untuk  merekam  benda  jatuh, lomba  balap  mobil  maka  akan  menggunakan kamera yang mempunyai fps sangat besar.
Komputasi Real-Time Komputasi real-time adalah kondisi pengoperasian  dari  suatu  sistem  perangkat keras  dan  perangkat  lunak  yang  dibatasi  oleh rentang  waktu  dan  memiliki  tenggat  waktu ( deadline )  yang  jelas,  relatif  terhadap  waktu suatu  peristiwa  atau  operasi  terjadi.  Sebuah sistem  non-waktu  nyata  sebagai  lawannya tidak  memiliki  tenggat  waktu.  Contoh  dari sebuah  sistem  waktu  nyata  adalah  sistem pengendali  pesawat  terbang.  Batasan  waktu pada  sistem  pengendali  pesawat  terbang  harus tegas  karena  penyimpangan  terhadap  batasan waktu dapat berakibat fatal, yaitu kecelakaan. Aplikasi real-time terbagi menjadi 3 kategori:  Hard real-time yaitu aplikasi  dengan adanya waktu tenggang terlampaui menyebabkan  sistem  gagal  total  dan menjadi tidak berguna sama sekali
 Firm  real-time yaitu  aplikasi  dengan adanya  waktu  tenggang  yang  masih ditolerir terlampaui
mengakibatkan menurunkan  kualitas.  Setelah  melampaui batas  yang  ditolerir,  maka  sistem  tidak berguna lagi.
 Soft  real-time yaitu  aplikasi  dengan kegunaan  hasil  menurun  setelah  batas waktu  yang  ditentukan.  Hasil  ini  akan menurunkan kualitas sistem layanan

## METODOLOGI PENELITIAN
Pengukuran latency pada kamera  yang dilakukan dengan cara sebagai berikut
 Menjalankan  program  di  laptop  untuk menampilkan waktu sekarang (timestamp)
 Mengarahkan  kamera  ke  layar  laptop untuk  pengambilan  citra  (layar  laptop digunakan  sebagai  objek  yang  akan diambil gambarnya)
 Mencatat  waktu  saat  gambar  sampai  ke laptop.
 Latency dihitung  dari  waktu  saat  gambar sampai  di  layar  laptop  (waktu  PC/laptop) dikurangi  dengan  waktu  awal  proses pengambilan  citra  objek  di  sistem  laptop (waktu objek).
Pengukuran latency diilustrasikan dalam Gambar 6.

## Gambar 6. Diagram proses pengukuran
Gambar 7  menunjukkan saat pengukuran dilakukan menggunakan kamera dan laptop.

## Gambar 7. Diagram Pengambilan data waktu objek oleh kamera

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengambilan  data  waktu  (objek)  dan  waktu (PC)  dengan  berbagai  tipe  kamera  dilakukan sebanyak  5  kali.    Pengambilan  data  dilakukan dengan jumlah fps
divariasikan.
Ketidakpastian latency (U 95% ) dihitung berdasarkan ketidakpastian pengukuran berulang  dan  resolusi.  Hasil  pengujian  dengan mengambil  beberapa  sampel  didapatkan  data latency sebagai berikut

## Webcam Logitech C170
Tabel 1. Menunjukkan Webcam Logitech C170 dengan  mengambil  resolusi  640x480  dan frame per second 7
Tabel 1 . Latency pada Webcam Logitech C170 Waktu (Objek) Waktu (PC) Selisih (ms) 22:17:57:106 22:17:57:319 213 22:17:59:409 22:17:59:598 189 22:18:00:108 22:18:00:316 208 22:18:02:503 22:18:02:717 214 22:18:04:206 22:18:04:398 192 Rata-rata 203
Latency rata-rata  diperoleh  senilai 203  ms dengan ketidakpastian U 95% senilai ± 15 ms ( k =  2,8)  dan  jumlah frame  per  second sebanyak 7
Webcam Logitech C920 Webcam Logitech  C920  dengan  mengambil resolusi 640x480 dan frame per second 15
Tabel 2. Latency pada Webcam Logitech C920 Waktu (PC) Selisih (ms) 21:29:30:083 21:29:30:206 123 21:29:30:204 21:29:30:338 134 21:29:31:083 21:29:31:206 123 21:29:32:086 21:29:32:206 120 21:29:32:146 21:29:32:276 130 Rata-rata 126
Rata-rata latency diperoleh  senilai  126  ms dengan ketidakpastian U 95% senilai  6 ms (k = 2,7) dan jumlah frame per second sebanyak 15.

## IP Camera Zestron ZIP300
Sensor  pada  kamera  ini  menggunakan  sensor citra CCD ( charge-coupled device ) , lain halnya dengan  3  kamera  yang  digunakan  dalam eksperimen ini yang menggunakan sensor citra CMOS ( complementary metal-oxide semiconductor) .
Uji  coba IP  Camera  Zestron  ZIP300 dengan mengambil  resolusi  640x480  dan frame  per second 25  dengan  menggunakan  kabel  UTP yang dihubungkan secara cross .
Tabel 3 . Latency pada IP Camera Zestron ZIP300 Waktu (Objek) Waktu (PC) Selisih (ms) 13:47:51:339 13:47:51:646 307 13:47:51:673 13:47:52:000 327 13:47:52:643 13:47:52:967 324 13:47:52:794 13:47:53:119 325 13:47:52:916 13:47:53:238 322 Rata-rata 321 Rata-rata latency diperoleh  senilai  321  ms dengan  ketidakpastian  U 95% senilai  10  ms  (k = 2,8)  dan jumlah frame per second sebanyak 25.

## IP Camera Avtech AVM284D
IP Camera Avtech AVM284D dengan mengambil  resolusi  640x480  dan frame  per second 25  dengan  menggunakan  kabel  UTP yang dihubungkan secara cross .

## Tabel 4. Latency pada IP Camera Avtech
AVM284D Waktu (Objek) Waktu (PC) Selisih (ms) 08:24:13:410  08:24:13:744 334 08:24:13:531  08:24:13:835 304 08:24:15:695  08:24:15:982 287 08:24:16:726  08:24:16:360 310 08:24:20:367  08:24:20:671 304 Rata-rata 308 Rata-rata latency diperoleh  senilai  308  ms dengan  ketidakpastian  U 95% senilai  21  ms (k=2,8) dan frame per second sebanyak 25.

## Pengaruh Frame Rate pada IP Camera
Pengukuran  juga  dilakukan  dengan frame  rate per  second yang berbeda.
Berikut  ini  pengukuran latency IP  Camera Avtech AVM284D dengan 30 fps
Tabel 5. Latency AVM284D pada 30 fps Waktu (Objek) Waktu (PC) Selisih (ms) 20:25:11:533 20:25:12:721 1188 20:25:11:563 20:25:12:756 1193 20:25:11:593 20:25:12:794 1201 20:25:11:623 20:25:12:830 1207 20:25:11:688 20:25:12:905 1217 Rata-rata 1201
Rata-rata latency diperoleh  senilai  1201  ms dengan  ketidakpastian  U 95% senilai  14  ms (k=2,8) dan frame per second sebanyak 30.
Berikut  ini  pengukuran latency IP  Camera Avtech AVM284D dengan 20 fps
Tabel 7. Latency AVM284D pada 20 fps Waktu (Objek) Waktu (PC) Selisih (ms) 09:19:7:562 09:19:7:899 337 09:19:7:653 09:19:7:998 345 09:19:7:713 09:19:8:063 350 09:19:8:016 09:19:8:363 347 09:19:8:168 09:19:8:499 331 Rata-rata 342
Rata-rata latency diperoleh  senilai  342  ms dengan  ketidakpastian  U 95% senilai  10  ms (k=2,8) dan frame per second sebanyak 20.
Berikut  ini  pengukuran latency pada IP Camera Avtech AVM284D dengan fps = 15
Tabel 8. Latency AVM284D pada 15 fps Waktu (Objek) Waktu (PC) Selisih (ms) 09:30:40:043  09:30:40:451 408 09:30:40:316  09:30:40:717 401 09:30:40:376  09:30:40:785 409 09:30:41:43 09:30:41:451 408 09:30:44:43 09:30:44:450 407 Rata-rata 407
Rata-rata latency diperoleh  senilai  407  ms dengan  ketidakpastian  U 95% senilai  4  ms (k=2,7) dan frame per second sebanyak 15. Korelasi fps terhadap latency pada  IP  Camera Avtech  AVM284D  dengan  4  nilai fps yang berbeda  digambarkan  dalam  grafik    pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik Korelasi fps terhadap latency

## Analisis
Latency pada  webcam  secara  umum lebih  kecil  dibandingkan  dengan IP  Camera karena  data  dikirimkan  secara  langsung  ke komputer  tanpa  melalui    jaringan.  Kecepatan USB2  dapat  mencapai  480  Mbps,  sementara kecepatan  maksimum  transfer  data  pada ethernet  dengan  mode full  duplex sebesar  100 Mbps.
Jumlah frame  per  second juga berpengaruh  pada  besarnya latency . Latency pada  30  fps  sangat  besar  dimana latency lebih dari 1 s. Hal ini karena semakin banyak frame yang diproses ( encode, decode , tranfer melalui jaringan). Nilai latency pada 2 jenis IP camera yang diujicobakan optimal di 25 fps.
Besar latency juga  sangat  dipengaruhi oleh  konfigurasi  resolusi  yang  digunakan, semakin  besar  resolusi  citra  maka  akan semakin besar ukuran file- nya sehingga proses transfer file citra  akan  memakan  waktu  lebih lama.

## KESIMPULAN DAN SARAN
 Latency pada IP  Camera lebih  besar karena  ada  proses  transfer  data  melalui jaringan
 Pada pengujian 2 seri webcam , didapatkan latency  200 ms
 Pada  2  seri IP  camera didapatkan latency 300 ms.
 Secara  umum webcam mempunyai frame per second lebih rendah dari IP camera.
 Latency juga  dipengaruhi  oleh frame  per second, semakin  tinggi fps ,  maka  semakin tinggi latency pada kamera
 Dari  pengujian,  didapat    kesimpulan bahwa  jenis  sensor  baik  CCD  maupun CMOS  tidak  terlalu  signifikan  pada besarnya latency ,  hal  ini  terlihat  dari perbandingan latency pada ZIP  300 dengan AVM284D

## DAFTAR PUSTAKA
1. Gonzales,  R.C.  and  R.  E.Woods.  2008.
Digital  Image  Processing .  Third  Edition. New Jersey: Pearson Prentice Hall.
2. Ahmad, U. 2005. Pengolahan Citra Digital Teknik  Pemrogramannya .  Yogyakarta: Graha Ilmu. 3. Daintith,  J.  and  E.Wright.  2008. A Dictionary  of  Computing .  UK:  Oxford Press 4. Haivision  Network  Video. Understanding End-to-End  Latency  for  Network  Video Applications. ( http://www.techex.co.uk/reso urces/white-papers/understanding-end-to- end-ip-video-latency/download , diakses tanggal 6 November 2014). 5. Prasetyo,  E.  2011. Pengolahan  Citra
Digital  dan  Aplikasinya  menggunakan
Matlab . Yogyakarta:Andi.